Prădătorii cosmici: cum găurile negre supermasive pot înăbuși formarea de stele la milioane de ani-lumină

Sursa foto: Sciencedaily

O echipă de cercetători condusă de Yongda Zhu de la Universitatea din Arizona a identificat dovezi care sugerează că găurile negre supermasive, atunci când sunt foarte active sub forma quasarilor, pot reduce formarea de stele nu doar în propria galaxie gazdă, ci și în galaxii aflate la milioane de ani-lumină distanță. Studiul, publicat în The Astrophysical Journal Letters, propune o imagine a evoluției galaxiilor ca pe un ecosistem interconectat, în care un „prădător” cosmic influențează creșterea celorlalte membri ai comunității galactice.

Descoperirea surprinzătoare observată de JWST

Datele timpurii obținute cu Telescopul Spațial James Webb (JWST) au arătat un rezultat neașteptat: regiunile din jurul unora dintre cei mai strălucitori quasari din universul timpuriu păreau să conțină mai puține galaxii detectabile decât se anticipa. Deoarece galaxiile mari se formează de regulă în regiuni dense, absența aparentă a acestor vecine a ridicat întrebări în rândul astronomilor.

„Ne-am mirat,” a spus Zhu. „Ne-am întrebat dacă JWST, atât de performant și costisitor, avea defecțiuni.” Ulterior, cercetătorii au considerat o altă explicație: galaxiile ar putea exista, dar activitatea foarte recentă de formare a stelelor ar fi fost suprimată, făcându-le dificil de detectat prin semnătura tipică a stelelor tinere.

Obiectul central: quasarul J0100+2802

Echipa s-a concentrat pe unul dintre cei mai luminoși quasari cunoscuți, J0100+2802, alimentat de o gaură neagră supermasivă cu o masă de aproximativ 12 miliarde de ori masa Soarelui. Lumina provenită de la acest quasar a călătorit mai mult de 13 miliarde de ani, oferind o fereastră către epoca în care universul avea mai puțin de un miliard de ani.

Folosind observații JWST, cercetătorii au măsurat emisia de O III, o stare ionizată a oxigenului care semnalează formarea stelară recentă. Rezultatele au arătat că galaxii aflate la distanțe de până la aproximativ un milion de ani-lumină de quasar prezentau emisie O III mai slabă în raport cu lumina ultravioletă, un tipar compatibil cu suprimarea recentă a formării de stele.

Mecanismul: radiația quasarilor și descompunerea hidrogenului molecular

Formarea stelelor necesită cantități mari de hidrogen molecular rece, care se aglomerează pentru a da naștere nucleelor stelare. Zhu explică faptul că în faza activă, quasarul eliberează radiații și vânturi extrem de puternice care încălzesc mediul și pot rupe molecula de hidrogen, transformând-o astfel încât aceasta nu mai poate condensa și forma stele. Efectul este cunoscut în cadrul galaxiei gazdă, dar datele obținute indică acum că radiația poate avea impact la scară intergalactică.

„Găurile negre știu să mănânce multă materie, dar în timpul perioadei active, când se manifestă ca quasari strălucitori, ele emit și radiație foarte intensă,” a declarat Zhu. „Căldura și radiația intense separă hidrogenul molecular din norii interstelari, micșorând capacitatea acestora de a se aglomera în stele noi.”

Implicații pentru evoluția galaxiilor

Concluzia principală a studiului este că impactul quasarilor poate fi extins dincolo de granițele unei singure galaxii. Observațiile sugerează că un quasar foarte activ poate influența galaxii aflate la distanțe de cel puțin un milion de ani-lumină, ceea ce schimbă perspectiva asupra modului în care galaxiile se dezvoltă în universul timpuriu: nu strict izolat, ci ca parte a unui „ecosistem galactic” interconectat.

Acest model poate explica de ce în jurul unor quasari timpurii par să lipsească galaxii luminoase — nu pentru că acestea nu s-ar fi format, ci pentru că formarea lor stelară recentă a fost suprimată, reducând semnătura lor observabilă în lungimile de undă folosite pentru detectare.

Ce a permis această descoperire: rolul JWST

Zhu subliniază că descoperirea nu ar fi fost posibilă fără capacitățile JWST. Lumina provenind de la obiecte atât de îndepărtate a fost întinsă prin expansiunea universului către lungimi de undă infraroșii, mult prea slabe pentru instrumentele anterioare. Sensibilitatea avansată a JWST a permis observarea acestor semnale timpurii și identificarea diminuării emisiilor care marchează formarea stelară.

Ce înseamnă pentru Calea Lactee și studiile viitoare

Chiar dacă Calea Lactee nu este în prezent într-o fază activă de tip quasar, cercetătorii iau în considerare posibilitatea ca galaxia noastră să fi traversat la un moment dat o astfel de etapă. Înțelegerea modului în care fazele active ale găurilor negre supermasive au influențat mediul înconjurător în universul timpuriu poate oferi indicii despre evoluția Căii Lactee și a vecinătăților sale.

Echipa intenționează să extindă studiul la alți quasari pentru a verifica dacă fenomenul observat în jurul J0100+2802 este unul răspândit și pentru a clarifica mecanismele exacte ale interacțiunii radiație–materie la scară intergalactică. De asemenea, cercetătorii vor investiga în ce măsură alți factori pot contribui la suprimarea formării stelare în regiunile studiate.

O nouă viziune: galaxiile ca parte a unui ecosistem

Zhu folosește o analogie biologică pentru a descrie această interconexiune: „Un quasar activ este ca un prădător flămând ce domină ecosistemul. Pur și simplu, absoarbe materie și influențează modul în care stelele din galaxiile apropiate cresc.” Această metaforă scoate în evidență ideea că evoluția galactică poate fi un proces colectiv, în care evenimentele extreme dintr-o regiune afectează dezvoltarea regiunilor învecinate.

Pe termen lung, confirmarea pe scară largă a acestui efect ar putea modifica modelele cosmologice despre formarea și evoluția galaxiilor, integrând rolul radiației emise de quasaruri ca factor cheie nu doar la nivel local, ci și la scară intergalactică.

Referințe și surse

Studiul menționat a fost publicat sub titlul original Quasar Radiative Feedback May Suppress Galaxy Growth on Intergalactic Scales at z = 6.3 în The Astrophysical Journal Letters. Referința completă a autorilor este următoarea:

• Yongda Zhu
• Eiichi Egami
• Xiaohui Fan
• Fengwu Sun
• George D. Becker
• Christopher Cain
• Huanqing Chen
• Anna-Christina Eilers
• Yoshinobu Fudamoto
• Jakob M. Helton
• Xiangyu Jin
• Maria Pudoka
• Andrew J. Bunker
• Zheng Cai
• Jaclyn B. Champagne
• Zhiyuan Ji
• Xiaojing Lin
• Weizhe Liu 刘伟哲
• Hai-Xia Ma
• Zheng Ma
• Roberto Maiolino
• George H. Rieke
• Marcia J. Rieke
• Pierluigi Rinaldi
• Yang Sun
• Wei Leong Tee
• Feige Wang
• Jinyi Yang
• Minghao Yue
• Junyu Zhang

DOI-ul articolului este 10.3847/2041-8213/ae1f8e. Materialele care au facilitat comunicarea descoperirii au fost furnizate de Universitatea din Arizona și pot fi consultate pentru detalii suplimentare.

Pentru o prezentare a descoperirii și contextul comunicat oficial, vedeți: Articolul publicat pe ScienceDaily și comunicatul Universității din Arizona: Cosmic predators: How supermassive black holes slow star growth in nearby galaxies.